13.202 Spenningsdeler

I denne øvingen skal du

  • forstå prinsippet for spenningsdeling
  • lage en sensor ved hjelp an spenningsdeling
  • kalibrere den «hjemmelagde» sensoren

Forhåndsoppgave

To seriekoplete motstander er koplet til en spenningskilde på 10 V slik figuren under viser.

  • Forklar at spenningen mellom punktene A og CUAC, er 10 V. Forklar hvorfor den totale motstanden mellom A og CRAC, er 10,0 kΩ.
  • Bruk likningen U = RI til å vise at strømmen I gjennom motstandene er 1,0 mA. Hvor stor er strømmen gjennom punktene A, B og C?
  • Bruk Ohms lov til å regne ut spenningene UAB og UBC. Hvorfor kalles dette en spenningsdeler tror du?
  • Vis at Uut=R2R1+R2Uinn der Uut er spenningen mellom B og C (se figuren). Hva skjer med Uut om motstanden R2 minker? Hva skjer om motstanden R2 øker?

  13-202-1

Framgangsmåte

Kople den temperaturavhengige motstanden (NTC) til ohm-funksjonen på et multimeter eller en motstandssensor. Mål motstanden i NTC-en. Hold NTCen mellom fingrene. Hva skjer med motstandsverdien? Hvorfor?

Kople så opp kretsen slik figuren viser. Bruk en fast spenning Uinn på f.eks. 5 V. Hva vil skje med Uut når temperaturen i NTC-termistoren øker?

13-202-2

  • Lag et lite vannbad med varmtvann som holder ca. 50 grader. Senk temperaturen gradvis ned til 5 °C ved hjelp av is og omhyggelig omrøring. Mål verdier for Uut ved hjelp av et multimeter eller en spenningssensor. Lag en graf over temperaturen som funksjon av Uut. Bruk regresjon og finn et matematisk uttrykk for sammenhengen mellom målt spenning Uut og temperatur.
  • Bruk det nye termometeret ditt: mål ukjente temperaturer ved å registrere målt spenning Uut og regne om til riktig temperatur.
  • Dersom du benytter datalogger til å måle spenningen Uut, kan du legge det matematiske uttrykket for temperaturen som du kom fram til over, inn i loggerprogrammet. Da kan du få ut temperaturverdier direkte akkurat som på en «ekte» temperatursensor!

Forsøket kan også utføres med LDR eller andre komponenter der motstanden avhenger av ytre påvirkninger.

Sensorer i de vanlige loggersystemene til undervisningsbruk er basert på spenningsdeling. Figuren under viser pluggen og et snitt av ledningen som benyttes i Vernier sitt loggersystem. Et par av ledningene inneholder strømforsyningen Uinn på 5 V (Pin 5 og 2), mens et annet par brukes til å sende Uut  «tilbake» fra sensoren til loggersystemet.(Pin 6 og 2).

  13-202-3

Er du «feinschmecker», liker å kople og fikle og har god tid kan du utnytte dette til å gå et hakk lenger i å tilpasse din hjemmelagde sensor til loggersystemet ditt. Punkt A på din hjemmelagde sensor kan koples til pin 5 (Orange ledning), punkt B koples til pin 6 (Rød ledning), mens punkt C i din sensor kan koples til pin 2 (Svart ledning). Dermed kan du legge vekk strømforsyningen du brukte tidligere i labben; systemet bruker sin egen strømforsyning.

Loggerprogrammet ditt vil garantert ikke kjenne igjen denne sensoren automatisk. Men du kan fortsatt legge kalibreringsuttrykket ditt inn i programmet, og nyte følelsen av å ha laget ditt helt egne hjemmesnekrede dataloggesensor!

 

13.202 Utstyr

  • motstand, 10 kΩ
  • NTC, evt. LDR og/eller fotodiode
  • vannbad, evt. lyskilde
  • knust is til vannbadet
  • termometer, evt. lysmåler
  • glattet likespenningskilde eller batteri, 4–6 V
  • multimeter eller spenningssensor og motstandssensor
  • koplingsbrett eller koplingsplate
  • ledninger